Langlebigere Perowskit/Silizium-Solarzelle mit 34% Wirkungsgrad

Der enorme Preisverfall bei Solarmodulen macht es immer attraktiver, in teurere Technologien mit höheren Wirkungsgraden zu investieren. Aktuelle Fortschritte bei der Entwicklung solcher Systeme lassen auf mehr Wahlmöglichkeiten hoffen.

Lebensdauer ist das Problem

Die aktuell handelsüblichen Fotovoltaik-Module schaffen es, ein Fünftel bis ein Viertel der Energie des einfallenden Lichts in elektrische Energie umzuwandeln. Damit stoßen die rein Silizium-basierten Zellen auch langsam an die physikalischen Grenzen der Effizienz, da sie nur einen bestimmten Teil des Lichtspektrums absorbieren und nutzen können.

Seit einiger Zeit wird daher bereits an hybriden Perowskit/Silizium-Systemen gearbeitet. Perowskit-Kristalle werden hier als zweiter Layer auf die Siliziumflächen aufgebracht. Dieser kann dann bisher ungenutzte Bereiche des Lichtspektrums zur Energiegewinnung nutzen.


Das Problem bestand bisher allerdings darin, Zellen zu entwickeln, die eine ähnliche Lebensdauer wie reine Siliziummodule haben und trotzdem die höhere Effizienz mitbringen. Forschern aus Saudi-Arabien und der Türkei ist es nun aber gelungen, eine relativ langlebige Zelle mit einem Wirkungsgrad von 34 Prozent zu entwickeln, wie sie in einem aktuellen Forschungs-Paper dokumentieren.

Schritt für Schritt

Die Steigerung der Lebensdauer wird bei Perowskiten dadurch möglich, dass stabilisierende Moleküle in die Kristallstruktur eingebettet werden. Im vorliegenden Fall experimentierten die Forscher mit Tetrahydrotriazinium, dabei handelt es sich um einen Ring aus sechs sich abwechselnden Kohlenstoff- und Stickstoffatomen. Das Molekül wäre elektrisch neutral, wenn nur zwei Stickstoffatome mit einem zusätzlichen Wasserstoff-Ion (also einem Proton) verbunden wären. Da es aber eben drei sind, ist der ganze Ring positiv geladen, was die Perowskit-Kristallstruktur stabilisiert.

Ein Kernproblem, das überwunden werden musste, war die Herstellung von Perowskiten, ohne dass die Tetrahydrotriazinium-Moleküle vorher Bindungen mit anderen Materialien eingingen. Dies konnten die Forscher aber meistern und ihre so konstruierten Solarzellen wurden in unabhängigen Testlabors mit einem Wirkungsgrad von 33,7 Prozent bestätigt. Trotzdem reicht die Stabilität aktuell nicht ganz aus, um auf dem Markt bestehen zu können. Daran soll nun zeitnah intensiv gearbeitet werden - erste vielversprechende Ansätze hierzu wurden auch schon in einem gesonderten Paper besprochen.


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